科学家对海王星和天王星等冰行星上钻石雨的形成有了新的认识

科学家对海王星和天王星等冰行星上钻石雨的形成有了新的认识 在早先的 X 射线激光研究中，科学家们已经发现，由于大型气体行星内部普遍存在高压，钻石应该是由那里的碳化合物形成的。然后，这些碳化合物会进一步沉入行星内部，成为来自高层的宝石雨。图中显示的是行星内部的钻石雨，它由沉入周围冰层的钻石组成。在深入星球内部的过程中，压力和温度不断升高。即使在温度极高的区域，冰也会因为极高的压力而保留下来。资料来源：欧洲 XFEL / Tobias Wüstefeld欧洲 XFEL 的一项新实验现已表明，碳化合物形成钻石的起始压力和温度都比假设的要低。对于气态行星来说，这意味着钻石雨的形成深度比想象的要低，因此可能会对磁场的形成产生更大的影响。此外，在比海王星和天王星小的气态行星上也有可能形成钻石雨，它们被称为"小海王星"。太阳系中不存在这样的行星，但太阳系外确实存在这样的系外行星。钻石雨在从行星外层流向内层的过程中，会夹带气体和冰，造成导电冰流。导电流体的电流就像一种发电机，行星的磁场就是通过它形成的。弗罗斯特说："钻石雨可能对天王星和海王星复杂磁场的形成有影响。"欧洲 XFEL 的 HED 实验站。图片来源：European XFEL / Jan Hosan 欧洲 XFEL / Jan Hosan研究小组使用碳氢化合物聚苯乙烯制成的塑料薄膜作为碳源。在极高的压力下，金刚石从薄膜中形成这一过程与行星内部的过程相同，欧洲 XFEL 可以模仿这一过程。研究人员借助金刚石挤压单元和激光，产生了冰气巨行星内部普遍存在的 2200多摄氏度的高压和高温。设施的功能就像一个小型钳子，样品被挤压在两块钻石之间。在欧洲 XFEL X 射线脉冲的帮助下，可以精确观测到挤压中钻石形成的时间、条件和顺序。国际研究团队还包括来自欧洲 XFEL、德国汉堡DESY研究中心和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心的科学家，以及来自不同国家的其他研究机构和大学的科学家。欧洲 XFEL 用户联盟 HIBEF（包括 HZDR 和 DESY 研究中心）为这项工作做出了重大贡献。弗罗斯特说："通过这项国际合作，我们在欧洲 XFEL 取得了巨大进步，并对冰行星有了新的深刻认识。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

【辛苦了！#边防官兵的这条巡逻路跨越四季#】“我们这边温差很大，白天雪化成水，晚上又结成冰，导致路面形成一层厚厚的冰层，特别难走

【辛苦了！#边防官兵的这条巡逻路跨越四季#】“我们这边温差很大，白天雪化成水，晚上又结成冰，导致路面形成一层厚厚的冰层，特别难走。”新疆军区某边防团木孜边防连，位于海拔3500米的木扎尔特冰川深处。官兵巡逻要穿森林、蹚冰河、爬陡坡、踏冰川，一次巡逻就能体验到四季的变化，致敬边防军人！央视军事的微博视频 via 人民日报的微博 Invalid media: video

可怕的海底湖泊到底如何形成的 为什么掉入其中的生物无法逃脱？

可怕的海底湖泊到底如何形成的 为什么掉入其中的生物无法逃脱？ 这部短片总时长只有12分钟多点，作者向我们展示了不同海域的海底世界，而且所有的镜头都是真一口气拍完，没有携带氧气设备，非常令人敬佩。不过，这部短片中有一个场景直到今天还被人质疑，我看到国内也有一些科普博主在质疑他们是在用拍摄技巧达到的效果。这个场景就是主角纪尧姆在海底的一个湖泊旁奔跑，他的每一个脚步都像是踩在海底的沙滩上一样，波浪拍打他的双脚就像真的在海边一样，令人难以置信。这对夫妻在接受媒体采访时表示过自己的短片所有场景都是在海底一口气拍完的，但是依然有人不相信，因为海底的“沙滩”，“海浪”和“湖泊”实在是太反直觉了。实际上，海底不仅有明显的湖泊，而且这些“湖泊”通常非常致命，那些不小心掉入其中的生物会无法逃脱，在里面被腌制成“木乃伊”。绝望热水浴缸，图源：Ocean Exploration Trust/NOAA加拿大“绝望热水浴缸”关于“海底湖泊”，互联网上有一个比较出名的，那就是加拿大的“绝望热水浴缸”。之所以它会以“绝望”命名，是因为这个“湖泊”里面填满了腌制的螃蟹和其他海洋生物的遗体，它们掉入其中，直至死亡也无法逃脱，而且遗体保存得非常好。“绝望热水浴缸”说是“湖泊”，其实用“池塘”来形容可能会更好一点，因为它并不大。绝望热水浴缸的死螃蟹，图：Ocean Exploration Trust它位于墨西哥湾海底1000米的地方，整个池塘的周长只有30.5米，而深度是3.7米，池子里的水在海底层次分明，非常突出，与我们在陆地上看到湖泊差不多。池塘的边缘被陡峭的“墙壁”包围，墙壁上覆盖着红色、黄色和白色的矿物流，而且墙壁有多处开口，可以看到池塘里的水正在向外流出。除此之外，一大群贻贝围在池塘周围，就像是我们在陆地海滩上看到的那样一样，这些贻贝有别于其它被腌制的海洋生物，它们是活的，池塘就是它们的栖息地。我之所以要提“绝望热水浴缸”，是因为它是非常典型的海底湖泊，它有着典型的形成原因，典型的生态系统，以及典型的动物木乃伊。海底之所以形成这种一眼就看出来的、层次分明的“湖泊”，原因就在于“湖泊”里水的密度与外界的水密度不同。这有点像你把油倒入一杯水中，油因为密度小，它会浮在上面，这时候如果所有的水都正好在一个洼地里的话，那么我们就会看到油的底部有一个水的湖泊。在海底也是一样的，只要一个海底盆地中水的密度变得更大，那么这些大密度的水就会沉淀在海底盆地中。另一方面，由于水的密度和溶解物的不同，盆地里的水对光的散射也会不同，所以就出现层次分明的海底湖泊。其实，海底湖泊里的水在海底与海水的相互作用，和我们陆地湖泊里的水与空气的作用有着惊人的相似，我们可以看到海底湖泊的表面和清澈的“海岸线”，以及当有东西接触到海底湖泊表面时，它也会产生涟漪和波浪。自然界就是这么的神奇，《一口气环游世界》的片段应该不是通过技术手段，或者其它方式达到的效果，那就是实景。那么，到底是什么让海底湖泊里的水变得密度更大呢？其实答案很简单，就是海底的各种盐。我们前面提到过，“绝望热水浴缸”有着海底湖泊典型的形成原因，确实是这样的。“绝望热水浴缸”是2015年发现的，当时研究人员在墨西哥湾深处调查冷泉，这个池塘正好是一处冷泉喷射点的所在地。冷泉指的是海底碳氢化合物逸出的地方，这些区域并不是冷的，它的温度和周围的海水是一样的，“冷泉”只是相对于“海底热泉”来说的。海底湖泊形成原因，AI翻译冷泉的所在地如果正好是一个海底洼地的话，那么该区域就经常会伴随着海底湖泊的出现。海底的洼地往往会有厚厚的盐沉积物，这些盐是数百万年前古海中水蒸发形成的，它如果是平静的待在海底，也会导致盆地里水的盐度增加，不过它可能不会形成是一个明显的湖泊。但如果伴随着冷泉喷涌出的话，那么它会大大提高盆地里水的盐度和溶解物，让其变得层次分明，“绝望热水浴缸”里的水的盐度是周围海水的4倍。那些掉入其中的海洋动物之所以无法逃脱，除了因为海底湖泊高盐度之外，那里氧气水平还极低，有时候还会包含有一些有毒的硫化物。为什么海底湖泊旁有贻贝？我们前面提到过“绝望热水浴缸”旁边生活着贻贝，其实其它海底湖泊周围也经常都会生活着密密麻麻的贻贝。贻贝可以适应海底湖泊的低氧和高盐，但是真正让它们在这种地方繁荣的是因为一些细菌。海底湖泊通常存在冷泉，而冷泉喷发的碳氢化合物会吸引一些古老的细菌，比如甲烷营养菌，它们在冷泉喷射的地方繁荣。那些贻贝正是和这些甲烷营养菌共生，它们将细菌“饲养”在自己的鳃中，然后不停过滤海水获取甲烷，供这些细菌食用，而它们自己则以细菌的代谢产物为食。不过，似乎大部分海底湖泊中，贻贝都是生活在边缘地带，并没有往核心发展，可能越往核心，生存条件会变得越来越苛刻吧。在海底湖泊的生态系统中，还有一个有趣的成员，就是一些以细菌为食得海底蜗牛，它们会通过感知贻贝改变的水来找到它们。最后当然，并不是所有海底湖泊的形成都和“绝望热水浴缸”一样，还至少有一种方式也会形成海底湖泊，那就是伴随着结冰形成的海底湖泊。因为冰形成过程中会释放盐分，并导致剩余水中的盐分浓度不断升高，随着结冰和融化的过程，海底湖泊可能就会出现。这类海底湖泊通常出现发生在南极洲海岸，而这类的生态系统与我们前文提到的也不一样。 ... PC版： 手机版：

解冻就会消失的时间胶囊：冰川融化破坏了重要的气候数据档案

解冻就会消失的时间胶囊：冰川融化破坏了重要的气候数据档案 即使是大孔宾河上的"永恒之冰"也不是永恒不变的。照片右上方可见由 PSI 研究员 Theo Jenk 领导的 2020 年冰雪记忆探险队的钻探营地。图片来源：CNR、卡福斯卡里大学/Riccardo Selvatico发表在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）上的论文中提到的两组冰芯对比显示：全球变暖至少已使这条冰川无法用作气候档案。从大孔宾山（Grand Combin massif）的科巴希耶尔冰川（Corbassière glacier）已无法获得有关过去气候和空气污染的可靠信息，因为高山冰川融化的速度比以前假设的更快。PSI 环境化学实验室主任玛吉特-施维科夫斯基（Margit Schwikowski）和该研究的第一作者、博士生卡拉-胡贝尔（Carla Huber）领导的研究人员在比较锁定在冰层年轮中的颗粒物特征时，得出了这一令人警醒的结论。冰川是气候研究的宝贵资料。冰川中保存着过去时代的气候条件和大气成分。因此，冰川与树年轮和海洋沉积物一样，可以作为所谓的气候研究档案。通常情况下，冰中与颗粒结合的微量物质的数量会随季节变化而波动。铵、硝酸盐和硫酸盐等物质来自空气，通过降雪沉积在冰川上：夏季浓度高，冬季浓度低，因为空气寒冷时，从山谷中升起的污染空气量较少。2018 年的冰芯是在初步研究期间从最深 14 米处钻取的，其中的沉积物可追溯到 2011 年。但是，由 PSI 研究员 Theo Jenk 领导钻探的 2020 年冰芯（深度达 18 米）仅在上三层或上四层显示出这些波动。在冰层深处，也就是更远的过去，显示痕量物质浓度的曲线明显变得平缓，总量也更低。施维考斯基团队在本期《自然-地球科学》杂志上对此进行了报道。大孔宾峰（Grand Combin）是位于宾夕法尼亚阿尔卑斯山脉西部的一座著名山峰，横跨瑞士和意大利边境。它海拔 4314 米（14154 英尺），是阿尔卑斯山的最高峰之一。该山峰以其险峻的美景而著称，拥有包括科巴希耶尔冰川在内的多条冰川。他们对观测到的差异做出了解释：在 2018 年至 2020 年期间，冰川融化一定非常剧烈，以至于地表特别多的水渗入冰川，并将其中所含的微量物质带入冰川深处。这位环境化学家总结说："但显然，那里的水并没有再次结冰，使痕量物质浓缩，相反，水却流走了，真的把它们冲走了"。这会扭曲分层夹杂物的特征。气候档案遭到破坏。就好像有人闯入图书馆，不仅弄乱了所有书架和书籍，还偷走了大量书籍，并将剩余书籍中的单个单词弄混，导致无法重建原始文本。研究人员检查了 2018 年至 2020 年的气象数据：由于大孔宾山山顶没有气象站，他们综合了周边气象站的数据，推算出了山上的研究区域。根据这一计算结果，冰川上的气候温暖，符合总体气候趋势，但这些年份并非极端异常值。Schwikowski 说："由此我们得出结论，这种强烈的融化并不是单一的触发因素，而是近期许多温暖年份的结果。似乎已经跨过了一个门槛，现在导致了相对较强的影响"。最重要的一点是，大孔宾湖的例子表明，冰川融化的进展比专家们想象的更加动态。"很长时间以来，我们都清楚冰川舌正在后退。但我们没有想到，高山冰川的哺育区也会受到如此严重的影响，即冰川的最高处，也就是冰补充的形成地。"到目前为止，研究人员已经研究了冰中氧同位素的分布情况（这可以提供温度变化的信息），以及铵、硝酸盐和硫酸盐等离子痕量化合物的分布情况。下一步，他们将分析冰中有机物质的特征在多大程度上也会受到影响。施维科夫斯基对此感兴趣的另一个原因是，她与来自世界各地的其他冰芯专家一起，参与了由冰雪记忆基金会领导的倡议。这项研究工作的目的是在 20 年内从全球 20 个濒危冰川获取冰芯，并将其收集到全球气候档案中。这些冰芯被切割成长约一米、直径约八厘米的棒状，分别从深海中取出，将被永久、安全地保存在南极洲意大利-法国康科迪亚研究站的一个冰洞中，由一个国际管理机构进行长期管理。南极附近平均零下 50摄氏度的可靠温度确保了这些冰芯在未来仍可用于研究，即使全球变暖导致所有高山冰川在某一时刻融化。这一点非常重要，因为分析方法在不断改进，后代科学家可以从冰中提取完全不同的信息。大孔宾冰芯是这 20 个冰川样本之一。"但我们在山上就已经意识到，这不会有什么结果，"施维科夫斯基说。"正如我所说，2018 年的试钻看起来还是不错的。但在 2020 年，我们好几次遇到了厚厚的坚冰层，这些冰层是在冰水融化和再次冻结的过程中形成的。我们在 17 至 18 米深的地方遇到了这样一个特别厚的冰层，它的下面是一层非常含水的软冰层。这种过渡给我们带来了巨大的麻烦。特别是当我们钻到更深的地方再把它拔出来的时候，钻头被硬冰层卡住了。我们几乎失去了这个昂贵的设备"。"由于在冰川鞍部其他地方的进一步尝试遇到了同样的地层和同样的困难，研究人员不得不放弃考察。实际上，他们想钻探 80 米深，直到基岩，以记录冰川数千年的全部档案。但这是不可能的。"我们的分析现在证实了这一点，"施维科夫斯基说。"在大孔宾区，我们已经太晚了。"与时间赛跑恐怕世界上其他尚未作为"冰雪记忆"一部分进行采样的冰川也是如此。在阿尔卑斯山，除了项目团队于2016年首次钻探的海拔4250米的勃朗峰Col du Dôme冰川之外，只有位于意大利和瑞士边境的Colle Gnifetti冰川海拔更高，达到4450米，因此比Grand Combin冰川更冷。PSI 团队与"冰雪记忆基金会"（Ice Memory Foundation）的合作伙伴一起，于次年在那里获得了一个冰芯，上面的签名依然完好无损。玻利维亚安第斯山脉的伊利马尼冰芯、俄罗斯阿尔泰地区的贝卢哈冰芯和高加索地区的厄尔布鲁士冰芯也已获得。去年，还对斯匹次卑尔根和意大利的 Col del Lys 进行了考察。乞力马扎罗山是非洲唯一的重要冰体，但由于政治和行政问题，去年的考察未能成行。该项目是一场与时间的赛跑。它绝不可能保证成功，像大孔宾这样的挫折每年都在增加。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

如果在城市的楼顶和全球的无人地区大面积铺设反光材料，能否减缓全球变暖和热岛效应？

如果在城市的楼顶和全球的无人地区大面积铺设反光材料，能否减缓全球变暖和热岛效应？ 赵泠的回答 能。在地球上大面积铺设反光材料是地球工程的一种。在当前技术水平与工业生产能力下，这种工程可期待的规模有限、效果量小，但进行小规模工程实践的难度相对低，天气炎热的大城市可以先安排上。多种地球工程手段可以并用来放大效果。 驱动地表气候的能量来自太阳辐射，一部分太阳辐射可以被在平流层散布的粉尘和二氧化硫、在地面铺设的反光镜、建筑物上的反光涂料、低空大气中（行星边界层以内）的微塑料颗粒之类稀松平常的手段反射回太空。 大气中的二氧化碳可以被散布在陆地上的石粉大量吸收，可以被人工施肥催生的海洋浮游生物大量汲取并送进南冰洋底，可以被液态铀核反应堆的热量分解。 如果极端恶劣天气频发，碳中和、碳捕集措施都不足以将其抑制，阻碍地球工程的各种思想都将溃退，人们将不得不多管齐下去处理太阳辐射。 届时，一部分环保人士将因为在过去十几年间反对地球工程而处于十分尴尬的境地。 可以参照： 如何看待全球1.4万名科学家的联名警告：地球的「行星生命体征」正在恶化，「气候临界点」将很快被冲破？ 一些与反光相关的地球工程技术： 辐射冷却全世界对空调和冰箱的需求不断增长，估计到 2050 年世界上制冷设备的规模将是 2020 年的 3 倍，泄漏的制冷剂和用来给制冷设备供能的化石燃料将成为重大的温室气体来源并破坏臭氧层，需要新的制冷方案。 加利福尼亚大学洛杉矶分校的材料科学家测试了大规模的热辐射降温。 过去数百年里，北非、中东、印度的荒漠地区有许多人已经小规模使用过这技术的原型：日落时，你将水倒入用芦苇隔热的陶瓷托盘。晴朗的夜里，水将热量朝太空放射。早晨，你就得到了非常凉的水，甚至是冰。 现在，科学家使用含铜和银的纳米技术薄膜将热辐射最大化，该薄膜对光的反射率超过 99%，其红外辐射的波长适合直接穿透地球大气。即使在正午的阳光下，这东西也可将包裹的物体的温度降低到比气温冷 10 摄氏度。这可以在没有电力和燃料供应的情况下冷却火箭、管道、各种面板和建筑物。其条件就是对准晴朗的天空。这种纳米材料也可加入涂料，粉刷到建筑物上。 辐射冷却可以产生温度梯度并拿来发电就像挪威在森林里测试过的“星光发电机”和斯坦福大学的研究团队测试过的热传导发电机与辐射冷却模块那样。斯坦福大学的装置安装在民宅房顶后在夜间每平方米可以产生 2.2 瓦电功率，能量从周围的空气里取得，废热辐射向太空。冰川隔热毯二十世纪八十年代起，全球范围内的冰川消融速度明显加快，只有少数冰川还在前进。冰川融化造成的泥石流和河流水量变动可能对附近的村庄、水电站和下游地区造成威胁。中国、尼泊尔、不丹、巴塔哥尼亚高原、安第斯山脉都可能发生冰川湖决口洪水。 瑞士科学家早已在罗纳河冰川、格胜河冰川上利用白色羊毛毯遮挡和反射太阳辐射，实验证明可以缓解 60% 到 70% 的季节性冰川消融。 2020 年 8 月，中国科学院研究团队给位于青藏高原东缘的达古冰川盖上了一层面积约 500 平方米的白色反光隔热毯，试验用人工手段减缓冰川消融。10 月 17 日，现场考察显示，白色反光隔热毯覆盖区域与周围相比，冰川消融厚度减少约 1 米，初步估计能减少 70% 左右的消融量。 我国试验的反光隔热毯的材料是涤纶、腈纶、锦纶等高分子聚合物的合成纤维，技术成熟，投入不高，可反复回收再利用，在人力所能触及的冰川上完全可以大规模使用。人工降雪对于人力难以攀登或载具不便抵达之处，可进行人工降雪来提高反射率。 光学人工降雪比“用飞机或火箭散布干冰或碘化银”等传统方案更环保。 高重复频率飞秒强激光可以持续加热和电离冷湿空气，形成高速向上运动的暖湿气流，与上方的冷湿空气碰撞产生强对流和旋风，促进冰晶形成和尺寸增加；非线性成丝过程中产生的高密度高温带电粒子还可以诱导凝结核。 飞秒强激光在大气中能实现数千米到数十千米距离内的自导引传输。刷白屋顶加州大学洛杉矶分校的科研团队开发出一种对阳光反射率 98% 的白色涂料，有望涂在建筑物顶部反射阳光来帮助夏天室内降温。 此前市面上基于氧化钛的白色涂料对阳光的最大反射率约 85%。 新涂料的原料包括硫酸钡和粉末状聚四氟乙烯。 论文：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30179-3对于当前气温尚未热到需要普遍降温的地区，你可以先考虑在屋顶上铺太阳能板来减少人们对化石燃料发电的需求。 via 知乎热榜 (author: 赵泠)